比特幣一致性演算法

⑴ 比特幣演算法具體介紹

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比特幣演算法介紹
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隨著數字貨幣的興起，比特幣已成為全球范圍內最受歡迎的加密貨幣之一。其背後的核心力量就是比特幣演算法。本文將為您詳細介紹比特幣演算法的相關知識。

一、比特幣演算法概述🌐
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比特幣是基於一種稱為區塊鏈的技術構建的，而驅動這一切的核心就是比特幣演算法。這一演算法確保了比特幣交易的安全性和匿名性，使得比特幣成為全球價值交換的新媒介。比特幣演算法包括多個方面，如加密哈希演算法、Merkle根演算法以及工作量證明（POW）演算法等。這些演算法共同構成了比特幣的基石。

二、加密哈希演算法🔒
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比特幣使用SHA-256加密演算法，這是一種安全散列演算法，用於確保數據的完整性和安全性。在比特幣中，它主要用於驗證交易和阻止雙重支付。通過此演算法，交易信息被轉化為獨特的數字指紋，確保每次交易都是獨一無二的。這不僅增強了比特幣的安全性，還確保了交易的匿名性。

三、Merkle根演算法📜
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Merkle根是區塊鏈技術中的一個重要概念。它通過計算數據塊的哈希值並組合成樹狀結構，最終生成一個獨特的Merkle根。這一演算法確保了區塊鏈上的數據完整性和一致性。每當數據塊發生變化時，Merkle根也會隨之改變，從而確保區塊鏈的不可篡改性。比特幣利用Merkle根演算法確保了所有交易記錄的透明性和安全性。

四、工作量證明（POW）演算法🔨
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工作量證明是比特幣網路中確保去中心化和安全性的關鍵機制。它通過讓網路參與者解決復雜的數學問題來驗證交易，成功解決的參與者有權向區塊鏈添加新的區塊並獲得獎勵。這一過程不僅確保了比特幣網路的去中心化特性，還阻止了惡意攻擊和雙重支付等問題。隨著比特幣的發展，許多其他的加密貨幣開始採用更為高效的工作量證明機制，如權益證明（POS）等。但比特幣的POW機制仍然是其標志性的核心組成部分。它不僅確保了比特幣的安全性和匿名性，還推動了整個加密貨幣行業的發展。通過上面介紹的幾種演算法共同作用下，比特幣形成了一個安全、可靠、去中心化的數字貨幣體系。
五、比特幣演算法的發展與未來🚀
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隨著技術的不斷進步和市場的快速發展，比特幣演算法也在不斷地進行升級和改進。例如，閃電網路的引入提高了比特幣交易的效率和速度；隔離見證技術則增強了比特幣腳本的靈活性和安全性。
未來，隨著區塊鏈技術的進一步成熟和應用場景的不斷拓展，比特幣演算法將發揮更加重要的作用。同時，隨著監管政策的不斷完善和規范，比特幣市場將更加健康穩定地發展。
總之，比特幣演算法是驅動這一全球最大加密貨幣的核心力量。通過加密哈希演算法、Merkle根演算法以及工作量證明等技術的結合運用，確保了比特幣交易的安全、匿名和去中心化特性。隨著技術的不斷進步和市場的快速發展未來比特幣演算法將繼續發揮重要作用並推動整個加密貨幣行業的進步。
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⑵ 交易無法偽造,為什麼需要共識演算法

因為共識演算法是為了保證系統的一致性問題。
比方說，典型的雙花問題。即使兩個挖礦節點分別記錄並驗證「從A到B1」以及「從A到B2」為有效交易，且將各自挖出包含相關交易的新區塊同時廣播到比特幣網路中。當兩個節點同時生成新區塊時，區塊鏈會出現分叉。那到底是哪個分叉上的區塊會被其他節點所確認呢？
因此，需要一套共識機制。
根據比特幣協議，只有最先生成新區塊並成為當前最長鏈上的交易，才能被認證。通常有超過六個區塊對交易進行確認之後，該轉賬過程才算成功。

⑶ 比特幣如何防止篡改

比特幣網路主要會通過以下兩種技術保證用戶簽發的交易和歷史上發生的交易不會被攻擊者篡改：

• 非對稱加密可以保證攻擊者無法偽造賬戶所有者的簽名；

• 共識演算法可以保證網路中的歷史交易不會被攻擊者替換；

非對稱加密



• 非對稱加密演算法3是目前廣泛應用的加密技術，TLS 證書和電子簽名等場景都使用了非對稱的加密演算法保證安全。非對稱加密演算法同時包含一個公鑰（Public Key）和一個私鑰（Secret Key），使用私鑰加密的數據只能用公鑰解密，而使用公鑰解密的數據也只能用私鑰解密。





圖 4 - 51% 攻擊



• 1使用如下所示的代碼可以計算在無限長的時間中，攻擊者持有 51% 算力時，改寫歷史 0 ~ 9 個區塊的概率9：


• #include


• #include



• double attackerSuccessProbability(double q, int z) {


• double p = 1.0 - q;


• double lambda = z * (q / p);


• double sum = 1.0;


• int i, k;


• for (k = 0; k <= z; k++) {


• double poisson = exp(-lambda);


• for (i = 1; i <= k; i++)


• poisson *= lambda / i;


• sum -= poisson * (1 - pow(q / p, z - k));


• }


• return sum;


• }



• int main() {


• for (int i = 0; i < 10; i++) {


• printf("z=%d, p=%f\n", i, attackerSuccessProbability(0.51, i));


• }


• return 0;


• }



• 通過上述的計算我們會發現，在無限長的時間中，佔有全網算力的節點能夠發起 51% 攻擊修改歷史的概率是 100%；但是在有限長的時間中，因為比特幣中的算力是相對動態的，比特幣網路的節點也在避免出現單節點佔有 51% 以上算力的情況，所以想要篡改比特幣的歷史還是比較困難的，不過在一些小眾的、算力沒有保證的一些區塊鏈網路中，51% 攻擊還是極其常見的10。



• 防範 51% 攻擊方法也很簡單，在多數的區塊鏈網路中，剛剛加入區塊鏈網路中的交易都是未確認的，只要這些區塊後面追加了數量足夠的區塊，區塊中的交易才會被確認。比特幣中的交易確認數就是 6 個，而比特幣平均 10 分鍾生成一個塊，所以一次交易的確認時間大概為 60 分鍾，這也是為了保證安全性不得不做出的犧牲。不過，這種增加確認數的做法也不能保證 100% 的安全，我們也只能在不影響用戶體驗的情況下，盡可能增加攻擊者的成本。



總結



• 研究比特幣這樣的區塊鏈技術還是非常有趣的，作為一個分布式的資料庫，它也會遇到分布式系統經常會遇到的問題，例如節點不可靠等問題；同時作為一個金融系統和賬本，它也會面對更加復雜的交易確認和驗證場景。比特幣網路的設計非常有趣，它是技術和金融兩個交叉領域結合後的產物，非常值得我們花時間研究背後的原理。



• 比特幣並不能 100% 防止交易和數據的篡改，文中提到的兩種技術都只能從一定概率上保證安全，而降低攻擊者成功的可能性也是安全領域需要面對的永恆問題。我們可以換一個更嚴謹的方式闡述今天的問題 — 比特幣使用了哪些技術來增加攻擊者的成本、降低交易被篡改的概率：



• 比特幣使用了非對稱加密演算法，保證攻擊者在有限時間內無法偽造賬戶所有者的簽名；

• 比特幣使用了工作量證明的共識演算法並引入了記賬的激勵，保證網路中的歷史交易不會被攻擊者快速替換；



• 通過上述的兩種方式，比特幣才能保證歷史的交易不會被篡改和所有賬戶中資金的安全。

⑷ 區塊鏈技術的六大核心演算法

區塊鏈技術的六大核心演算法
區塊鏈核心演算法一：拜占庭協定
拜占庭的故事大概是這么說的：拜占庭帝國擁有巨大的財富，周圍10個鄰邦垂誕已久，但拜占庭高牆聳立，固若金湯，沒有一個單獨的鄰邦能夠成功入侵。任何單個鄰邦入侵的都會失敗，同時也有可能自身被其他9個鄰邦入侵。拜占庭帝國防禦能力如此之強，至少要有十個鄰邦中的一半以上同時進攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個或者幾個鄰邦本身答應好一起進攻，但實際過程出現背叛，那麼入侵者可能都會被殲滅。於是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國。這就是拜占庭將軍問題。
在這個分布式網路里：每個將軍都有一份實時與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個將軍的簽名都是可以驗證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過半數同意進攻，少數服從多數，共識達成。
由此，在一個分布式的系統中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不響應、發送錯誤信息、對不同節點發送不同決定、不同錯誤節點聯合起來干壞事等等。但是，只要大多數人是好人，就完全有可能去中心化地實現共識
區塊鏈核心演算法二：非對稱加密技術
在上述拜占庭協定中，如果10個將軍中的幾個同時發起消息，勢必會造成系統的混亂，造成各說各的攻擊時間方案，行動難以一致。誰都可以發起進攻的信息，但由誰來發出呢?其實這只要加入一個成本就可以了，即：一段時間內只有一個節點可以傳播信息。當某個節點發出統一進攻的消息後，各個節點收到發起者的消息必須簽名蓋章，確認各自的身份。
在如今看來，非對稱加密技術完全可以解決這個簽名問題。非對稱加密演算法的加密和解密使用不同的兩個密鑰.這兩個密鑰就是我們經常聽到的」公鑰」和」私鑰」。公鑰和私鑰一般成對出現, 如果消息使用公鑰加密,那麼需要該公鑰對應的私鑰才能解密; 同樣，如果消息使用私鑰加密,那麼需要該私鑰對應的公鑰才能解密。
區塊鏈核心演算法三：容錯問題
我們假設在此網路中，消息可能會丟失、損壞、延遲、重復發送，並且接受的順序與發送的順序不一致。此外，節點的行為可以是任意的：可以隨時加入、退出網路，可以丟棄消息、偽造消息、停止工作等，還可能發生各種人為或非人為的故障。我們的演算法對由共識節點組成的共識系統，提供的容錯能力，這種容錯能力同時包含安全性和可用性，並適用於任何網路環境。
區塊鏈核心演算法四：Paxos 演算法(一致性演算法)
Paxos演算法解決的問題是一個分布式系統如何就某個值(決議)達成一致。一個典型的場景是，在一個分布式資料庫系統中，如果各節點的初始狀態一致，每個節點都執行相同的操作序列，那麼他們最後能得到一個一致的狀態。為保證每個節點執行相同的命令序列，需要在每一條指令上執行一個「一致性演算法」以保證每個節點看到的指令一致。一個通用的一致性演算法可以應用在許多場景中，是分布式計算中的重要問題。節點通信存在兩種模型：共享內存和消息傳遞。Paxos演算法就是一種基於消息傳遞模型的一致性演算法。
區塊鏈核心演算法五：共識機制
區塊鏈共識演算法主要是工作量證明和權益證明。拿比特幣來說，其實從技術角度來看可以把PoW看做重復使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來說是一個隨機的過程。開采新的機密貨幣，生成區塊時，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區塊中所有數據的PoW工作證明。與此同時礦工還要時時觀察調整這項工作的難度，因為對網路要求是平均每10分鍾生成一個區塊。
區塊鏈核心演算法六：分布式存儲
分布式存儲是一種數據存儲技術，通過網路使用每台機器上的磁碟空間，並將這些分散的存儲資源構成一個虛擬的存儲設備，數據分散的存儲在網路中的各個角落。所以，分布式存儲技術並不是每台電腦都存放完整的數據，而是把數據切割後存放在不同的電腦里。就像存放100個雞蛋，不是放在同一個籃子里，而是分開放在不同的地方，加起來的總和是100個。

⑸ ECOC輕鏈

可以投資，本人已經投資了三個月，每天產生的利潤非常可觀

⑹ 共識演算法（分布式下的一致性演算法)

共識演算法（分布式下的一致性演算法)

業務場景：

達到的效果：可以保證在過半節點正常的情況下，所有的寫入操作不會丟失。

Zab協議並不保證強一致性，也不是弱一致性，而是在一定限度內的強一致性。

缺點：

缺點：

區塊鏈1.0時代：比特幣，作用就是去中心化的貨幣，無國界的貨幣，並且可以匿名性的洗錢
區塊鏈2.0時代：代表以太坊，引入了智能合約的概念，發揮其 去中心化和不可篡改的特性，可以實現類似於 追溯、拍賣、投票等業務場景。

區塊鏈技術的實用價值：
無國界虛擬貨幣：比如比特幣

模擬一個拍賣（盲拍）的業務場景（發布一個智能合約）：
https://solidity.readthedocs.io/en/latest/solidity-by-example.html#simple-open-auction

普通拍賣可能存在的問題：

商家A對一件商品公開自己要拍賣，智能合約在規定的時間會開始接收競拍（參與競拍的人需要支付保證金（以太幣）），在競拍結束之後，價格最高的人會完成支付，其它的買家的保證金會全額退回。
然後成功競拍者可以線下去找賣家，證明自己的身份，然後獲得競拍品

優點：

工作量證明（ PoW ）通過計算一個數值（ nonce ），使得拼揍上交易數據後內容的 Hash 值滿足規定的上限。在節點成功找到滿足的Hash值之後，會馬上對全網進行廣播打包區塊，網路的節點收到廣播打包區塊，會立刻對其進行驗證

舉個例子，給定的一個基本的字元串」Hello, world!」，我們給出的工作量要求是，可以在這個字元串後面添加一個叫做nonce的整數值，對變更後（添加nonce)的字元串進行SHA256哈希運算，
如果得到的哈希結果（以16進制的形式表示）是以」0000」開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標。我們需要不停的遞增nonce值，對得到的新字元串進行SHA256哈希運算。
按照這個規則，我們需要經過4251次計算才能找到恰好前4位為0的哈希散列。計算完之後，然後廣播到臨近的節點，臨近的節點會先驗算交易是否合法（金額是否異常），再驗證hash值是否滿足要求，都滿足的話，就會把這個數據塊添加到自己的賬本中。

優點：

缺點：

計算難度值會因為 股東持有的 幣齡而降低，為挖礦無形之中提升了壁壘，股東更容易算出結果值（難度更低），從而避免過度的算力競爭，節省電力，提升系統的穩定性。
因為從人性的角度，股東更不願意讓不安全的現象發生（比如攻擊主鏈)，因為會造成信用降低，從而自己的礦幣貶值。讓股東擁有更多的記賬權，讓主鏈更安全。

擴展可以參考我之前寫過的zab專欄博客
https://www.jianshu.com/nb/32551354